Способы тепловой обработки сырья

Способы нагревания сырья
Нагревание древесины, т.е. повышение ее температуры, является результатом теплообмена.
Различают три вида теплообмена:

• теплопроводность — перемещение тепла внутри тела, основанное на взаимодействии между собой молекул и атомов вещества;
• конвекцию — перемещение тепла, связанное со свободным или вынужденным движением частиц газа или жидкости;
• излучение (радиацию) — передачу тепловой энергии в виде электромагнитных волн.

Для тепловой обработки древесины используются следующие способы нагревания:

• контактное нагревание путем непосредственного соприкосновения древесины с горячими поверхностями. Основную роль здесь играет теплопроводность, сопровождаемая тепловым излучением;
• конвективное нагревание в жидкой или газообразной среде (вода, пар, воздух), основанное на конвекции жидкости или газа у поверхности древесины и перемещении теплоты по ее объему путем теплопроводности. Конвективное нагревание сопровождается тепловым излучением;
• радиационное нагревание путем облучения древесины источниками инфракрасной радиации. Этот вид нагревания основан на тепловом излучении, но сопровождается теплопроводностью и конвекцией;
• диэлектрическое нагревание в конденсаторе электрического колебательного контура высокой частоты. В процессе взаимодействия высокочастотного электрического поля с древесиной в ней генерируется тепло за счет диэлектрических потерь. Этот вид нагревания сопровождается теплопроводностью и конвекцией.

Конвективная тепловая обработка
Процесс нагревания и охлаждения древесины, окруженной средой с температурой, отличной от начальной температуры тела, относится к процессам нестационарного теплообмена. Нестационарный теплообмен характеризуется температурным полем, переменным во времени и пространстве в отличие от стационарного теплообмена, характеризующегося постоянством во времени температурного поля.
Стационарный теплообмен используется в технике для определения теплопотерь зданий и сооружений в окружающую среду, а также для расчета тепловой мощности теплообменных устройств.

Основные задачи расчета процессов нагревания древесины состоят, во-первых, в установлении продолжительности процесса, необходимой для доведения температуры в заданной точке сортимента до определенной величины и, во-вторых, в определении расхода тепла на нагревание материала.
Способы тепловой обработки древесины различаются по видам теплообмена и применяемым агентам обработки.
На конвективном теплообмене основаны: оттаивание в теплом воздухе, пропаривание в паре, проваривание сырья в горячей воде. К способам тепловой обработки, основанным на других видах теплообмена, относятся: контактная, радиационная, диэлектрическая. Тепловая обработка древесины обычно сопровождается изменением ее влажности, т.е. влагообменом с окружающей средой.
Использование для прогревания древесины контактной, радиационной или диэлектрической тепловой обработки нецелесообразно из-за технической сложности этих процессов, а также потому, что они связаны с нежелательной подсушкой древесины. Наиболее приемлема для этой цели конвективная тепловая обработка.
Нагревание древесины оттаиванием состоит в обогревании замороженных чураков воздухом температурой 40—60°С. Обогревают сырье в закрытом помещении — камере, вместимость которой 200—300 чураков. Продолжительность оттаивания в такой камере 20—24 ч. Этот способ нагревания древесины не нашел применения в промышленности из-за большого расхода тепла и низкой производительности камер.

Тепловая обработка пропариванием
Тепловая обработка древесины пропариванием заключается в обогреве древесины, находящейся в плотно закрытой камере или бетонной яме, в которые под давлением 1,5—2,0 кгс/см2 впускают насыщенный пар. При такой тепловой обработке сырье быстро прогревается по толщине и часто растрескивается. Этот способ тепловой обработки сырья широко распространен в производстве строганого шпона и значительно меньше в производстве лущеного шпона.

Самый распространенный способ прогревания сырья — проваривание его в воде. В зависимости от температуры воды различают два способа проваривания сырья: с мягкими режимами при температуре воды 30—40°С и жесткими режимами с температурой воды 70—80°С.
При мягких режимах сырье более равномерно прогревается по поперечному сечению, не требует дополнительного времени на выравнивание его температуры.
Прогревание сырья на жестких режимах сокращает время прогрева, но вызывает большой перепад температуры по поперечному сечению сырья, поэтому перед разлущиванием на лущильных станках сырье следует выдержать.

Тепловой обработке подвергают кряжи и чураки. При обработке сырья в виде кряжей улучшается качество готовой продукции. Это объясняется тем, что тепловая обработка сырья при высокой температуре водной среды (пропаривание) ведет к потемнению торцов сырья и дополнительному их увлажнению. Потемнение торцов вызывает появление на готовой фанере темных полос, а увлажнение — появление торцовых трещин на шпоне. При прогревании чураков указанные дефекты попадают в шпон и фанеру.
При проваривании кряжей с последующей их разделкой на чураки дефекты в значительной степени устраняются за счет имеющихся припусков на распиловку по длине кряжа.